CN108036743A - 一种可变桨距涡轮的叶片桨距角测量方法 - Google Patents

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    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

Abstract

本发明属于可变桨距涡轮测量领域，涉及一种可变桨距涡轮的叶片桨距角测量方法。所述的方法包括如下步骤：步骤一，在涡轮叶片叶尖外侧面涂荧光涂料(5)；步骤二，使用相机对静止状态的涡轮叶片进行拍摄，将拍摄图像作为标定图像，测量图中叶尖弦线水平、竖直方向长度，分别记为x0、y0；步骤三，保持步骤二中相机焦距和焦段不变，对稳定旋转的涡轮叶片进行拍摄，得到叶片横侧面明暗光带图；步骤四，测量步骤三所得图中叶尖外侧面所处光带宽度，记为x1，则该工况下的叶片桨距角为一种操作简单、测量范围广、成本较低的可变桨距涡轮的叶片桨距角非接触式测量方法。

Description

一种可变桨距涡轮的叶片桨距角测量方法
技术领域
本发明属于可变桨距涡轮测量领域，涉及一种可变桨距涡轮的叶片桨距角测量方法。
背景技术
冲压空气涡轮系统为飞机应急能源，当飞机处于应急状态时，可吸收冲压空气的能量并转化为应急液压能或应急电能。由于适航要求，绝大部分民用飞机都安装了冲压空气涡轮系统。
目前主流的冲压空气涡轮，额定转速通常高达(4000～10000)r/min，在其涡轮旋转工作过程中，叶片会随来流工况、负载大小的不同而发生顺桨(桨距角增大)或逆桨(桨距角减小)。叶片桨距角大小与涡轮功率直接相关，若能准确测量出特定工况下的旋转叶片桨距角大小，结合所测得的涡轮输出功率，可得到涡轮不同叶片桨距角对应的功率系数曲线簇，对产品设计和性能研究具有重要价值。
当前，旋转部件叶片的角度测量方法一般分为两大类，一类是接触式测量，它需要对试验样品内部结构进行改装，在旋转叶片根部或随动零件上安装角度位移传感器，再将传感器电源线和信号线引出产品之外，通过数采系统进行测量读取，这种方法改变了部件的内部结构，且需要解决从高速旋转件中引线的难题，成本高且不灵活。另一类是以高速摄影机测量为代表的非接触式测量，高速摄影机测量法需要专业的高速摄影设备，它以很高的拍摄频率对被测物进行连续拍摄，再对照片进行分析，得到被测物理量，这种方法对设备要求高、需要额外的强光源，且冲压空气涡轮转速很高，低采样率的高速摄影机所拍摄的叶片界面图像往往拖影严重，无法得到清晰图像，无法测出准确的叶片角度。
发明内容
本发明的目的：提供一种操作简单、测量范围广、成本较低的可变桨距涡轮的叶片桨距角非接触式测量方法。
本发明的技术方案：一种可变桨距涡轮的叶片桨距角测量方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：
步骤一，在涡轮叶片叶尖外侧面涂荧光涂料5；
步骤二，使用相机对静止状态的涡轮叶片进行拍摄，将拍摄图像作为标定图像，测量图中叶尖弦线水平、竖直方向长度，分别记为x0、y0；
步骤三，保持步骤二中相机焦距和焦段不变，对稳定旋转的涡轮叶片进行拍摄，得到叶片横侧面明暗光带图；
步骤四，测量步骤三所得图中叶尖外侧面所处光带宽度，记为x1，则该工况下的叶片桨距角为
优选地，步骤三中的相机曝光时间大于步骤二中的相机曝光时间。保证在涡轮旋转状态对其进行拍摄时，能够得到清晰的明暗光带图。
优选地，荧光涂料喷涂方式包括在叶尖外侧面整个截面进行完全喷涂；在叶尖外侧面弦线前后边缘分别进行点状喷涂。提供了两种喷涂方式，为各种工况提供了解决方案。
优选地，相机取景平面正对所需拍摄的涡轮横侧面。该设计保证了图像不会出现畸变，为后续角度的精确计算提供了基础。
优选地，相机通过手动模式调节。该设计保证了涡轮在静止和旋转状态下分别进行拍摄时，相机某些参数的稳定保持。
本发明的优点是：
本发明提供了一种基于相机长曝光原理的非接触式测量方法，它不受涡轮转速的限制，无需对试验件进行结构改造和线路布置。只要涡轮工况稳定，理论上在所有转速下均可对叶片桨距角进行测量。对设备的需求也大大降低，仅需一台具有手动长曝光功能的普通相机及相关光学调整设备，操作方法大大简化，节省了测量时间和成本，具有广阔的应用前景和较高的经济性。
附图说明：
图1为涡轮处于静止状态下的标定图；
图2为涡轮旋转状态下的测量布置。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作详细描述。请参阅说明书附图1～2。
将冲压空气涡轮叶片叶尖外侧面涂上荧光涂料5，静置2小时以上，使涂料凝固。荧光涂料喷涂方式包括：在叶尖外侧面整个截面进行完全喷涂；在叶尖外侧面弦线前后边缘分别进行点状喷涂，共两点。本实施例选择了第一种喷涂方式。
将曝光时间可控的相机1，例如具有手动曝光模式的单反相机或某些型号的卡片相机，通过光学云台2固定在三脚架3上，调整光学云台2和三脚架3，保证相机取景平面正对所需拍摄的涡轮横侧面，即取景平面中心线垂直于涡轮横侧面拍摄区并正对涡轮横侧面拍摄区中心，以防图像畸变。
通过手动对焦模式对焦，对静止状态的涡轮叶片进行拍摄，将拍摄图像作为标定图像，静止状态下涡轮叶片旋转轴轴线中心需与拍摄区垂直。测量图中叶尖弦线水平、竖直方向长度，分别为x0、y0，则叶片初始桨距角为参阅附图1。
关闭试验区域光源，若环境光过强，可使用遮光布、遮光板等降低试验区光亮。
保持相机1处于手动模式，保持焦距和焦段不变。在保证正常成像(能出现清晰的明暗光带)的前提下，使相机光圈和ISO值处于较低值以增长曝光时间。提高风洞风速使涡轮旋转，待风速、负载、涡轮转速稳定，拍摄得到清晰的旋转涡轮叶片横侧面明暗光带图。测量图中亮部光带宽度，记为x1，则该工况下的叶片桨距角为

Claims (5)

1.一种可变桨距涡轮的叶片桨距角测量方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：
步骤一，在涡轮叶片叶尖外侧面涂荧光涂料(5)；
步骤二，使用相机对静止状态的涡轮叶片进行拍摄，将拍摄图像作为标定图像，测量图中叶尖弦线水平、竖直方向长度，分别记为x0、y0；
步骤三，保持步骤二中相机焦距和焦段不变，对稳定旋转的涡轮叶片进行拍摄，得到叶片横侧面明暗光带图；
步骤四，测量步骤三所得图中叶尖外侧面所处光带宽度，记为x1，则该工况下的叶片桨距角为
2.根据权利要求1所述的一种可变桨距涡轮的叶片桨距角测量方法，其特征为：步骤三中的相机曝光时间大于步骤二中的相机曝光时间。
3.根据权利要求1所述的一种可变桨距涡轮的叶片桨距角测量方法，其特征为：荧光涂料喷涂方式包括在叶尖外侧面整个截面进行完全喷涂；
在叶尖外侧面弦线前后边缘分别进行点状喷涂。
4.根据权利要求1所述的一种可变桨距涡轮的叶片桨距角测量方法，其特征为：相机取景平面正对所需拍摄的涡轮横侧面。
5.根据权利要求1所述的一种可变桨距涡轮的叶片桨距角测量方法，其特征为：相机通过手动模式调节。
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